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Dicht geschlossenes hochbeanspruchte Hochspannungsgeräte, insbesondere Messwandler, aufnehmendes Gehäuse mit Gaspolster
Die Entwicklungstendenz beim Bau von dielektrisch hochbeanspruchten Hochspannungsgeräten, insbesondere Messwandlern, geht dahin, die Isoliermittel, wie Öl und Papier, während des langjährige Betriebes vor dem schädigenden Einfluss von Luft, Sauerstoff, Feuchtigkeit zu bewahren. Man hat das bisher dadurch erreicht, dass man die Geräte gegenüber der Aussenluft dicht abgeschlossen hat und die betriebliche Wärmeausdehnung der Isolierflüssigkeit (Öl) mittels Federungskörper (Membranen oder Druckdosen) aufgenommen hat. Um solche teuren Federungskörper zu vermeiden, hat man versucht, die Wärmeausdehnung der Isolierflüssigkeit durch Gaspolster aufzufangen.
In einem solchen Fall sättigt sich die IsolierflUssigkeit entsprechend dem Druck im Gaspolster und der Temperatur mit einer bestimmten Menge des Gases ab.
Tritt nun z. B. infolge plötzlicher Abkühlung des Gaspolsterraumes in diesem ein Unterdruck ein, so hat das in der Isolierflüssigkeit gelöste Gas die Tendenz, aus diesem zu entweichen, bis sich ein Gleichgewicht zwischen dem Druck des in der IsolierflUssigkeit gelösten Gases und dem Druck im Gaspolsterraum eingestellt hat. Während dieser Ausgleichphase wird die Durchschlagfestigkeit der Isolierflüssigkeit infolge Ausscheiden von Blasen erheblich herabgesetzt.
Um die Gefahr des Ausscheidens derartiger Blasen zu beseitigen, ist bereits vorgeschlagen worden, das Gaspolstervolumen kleiner als das Isolierflüssigkeitsvolumen bei Verwendung eines Gases zu machen, dessen Löslichkeitsänderung in der Isolierflüssigkeit der bei einer Temperaturänderung der Isolierflüssigkeit sich einstellenden Druckänderung im Gaspolstervolumen hinsichtlich des Gasaustausches entgegenwirkt, insbesondere diesen verhindert.
. Zur Lösung der gleichen Aufgabe wird gemäss der Erfindung ein anderer Weg beschritten, der dadurch gekennzeichnet ist, dass für das Polster im Gasraum mehrere Gase verwendet werden, wobei die Mindestzahl der Gase dadurch gegeben ist, dass das Verhältnis des Druckes im Isolierflüssigkeitsraum zum Partial-
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raturänderung im Betrieb des Gerätes auftretende Verhältnis des Druckes im Isolierflüssigkeitsraum zum Druck im Gasraum ist. Dies beruht auf der Erkenntnis, dass das Auftreten von Gasblasen bei Temperatur- änderung nur dann eintreten kann, wenn der Partialdruck einer in der Isolierflüssigkeit gelösten Gasart des Gemisches grösser als der Gesamtdruck im Gasraum ist.
Die Lösung gemäss der Erfindung steht nicht im Widerspruch zum Henry chen Gesetz. Das Henry che Gesetz setzt stets Gleichgewichtszustände zwischen Gas und Flüssigkeitsraum voraus. Stets Gleichgewicht vorausgesetzt, ist naturgemäss die Bildung von Gasblasen in der Flüssigkeit von vornherein unmöglich.
Man brauchte dann keine besondere Vorsorge zu treffen, sie zu verhindern.
Bei schroffen Änderungen der Temperatur, wie dies z. B. bei plötzlichen Abkühlungen des Gaspolsterraumes der Fall ist, ist jedoch nicht mit der Einstellung des Gleichgewichtes zwischen den Partialdrücken des Gases in Flüssigkeit und Gasraum zu rechnen. Daher besteht die Gefahr der Gasblasenbildung in der Flüssigkeit eben infolge der Tendenz, das Gleichgewicht wieder herzustellen (Entropiesatz).
Dieser dynamische Vorgang unterliegt nicht dem Henry'sehen Gesetz. Es kann über den Eintritt des Ausgleichsvorganges in Gestalt von Blasenbildung wegen des metastabilen Zustandes nichts aussagen. Damit ist die Behauptung, die der Erfindung zugrundeliegt, nicht widerlegt. Zur begrifflichen Erleichterung der Erkenntnis der Richtigkeit der hier ausgesprochenen Lehre sei folgendes ausgeführt :
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Ein gelöstes Gas habe den Partialdruck p. Es besteht die Tendenz des Auftretens von Blasen, sobald der Druck im Gasraum über der Flüssigkeit < p ist. Denkt man sich statt des Gasraumes einen Kolben oder eine Membran, die mit dem Druck grösser als p auf der Flüssigkeit lastet, so ist das Auftreten von Blasen vom Partialdruck p ausgeschlossen.
Nichts hindert uns daran, den Kolben durch ein auf der Flüssigkeit lastendes Gas mit dem Gesamtdruck P > p zu ersetzen. Selbstverständlich hindert dieser Gasdruck das gelöste Gas nicht, durch die Oberfläche aus der Lösung in den Gasraum zu diffundieren, solange, bis sein Partialdruck gemäss dem Henry'schen Gesetz im Gasraum gleich dem restlichen Partialdruck in der Lösung ist. Dieser allmählich eintretende Partialdruckausgleich durch die Oberfläche ist aber nicht mit der gefährlichen Blasenbildung verbunden und daher im Sinne einer Sicherung gegen das Auftreten-von Blasen durchaus erwünscht.
Das Auftreten von Blasen ist im Falle P > p ausgeschlossen, weil die Entstehung eines Blasenvolumens v die vertikale Verschiebung der Grenzfläche gegen den Gasraum mit dem Weg Y. entgegen einen grösseren statischen Druck verlangte, worin q die Grösse der Flüssigkeitsoberfläche bedeutet.
Dieser Verschiebung der Grenzfläche steht aus mehr als einem Grunde der erste thermodynamische Hauptsatz hindernd entgegen.
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wendet, wobei der Partialdruck des einen Gases 2/3 und der der beiden andern Gase je 1/6 beträgt, so kann bei der grössten zu erwartenden Temperaturänderung das Verhältnis des Druckes im Isolierflüssigkeitsraum zum Druck im Gasraum den Wert
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erreichen, ohne dass Gasblasen entstehen können, d. h. wenn der Gesamtdruck im Isolierflüssigkeitsraum das 1, 5-fache des Druckes im Gasraum beträgt, ist für das Gas mit dem Partialdruck 2/3 der Partialdruck (2/3 von 1,5) erst gerade gleich dem Gesamtdruck (l) im Gasraum.
Ist aber infolge einer besonders gro- ssen und schnellen Temperaturänderung und/oder infolge eines verhältnismässig kleinen Gasvolumens z. B. der Wert Q = 3 zu erwarten, so müssten noch weitere Gase hinzugefügt werden, z. B. drei Gase mit dem Partialdruck von je 1/3, so dass dann der Wert
Q = (2/3 + 1/6 + 1/6 + 1/3 + 1/3 + 1/3) : 2/3 = 2 : 2/3 = 3
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dem höchsten Partialdruck ist.
Man erkennt hieraus, dass es besonders zweckmässig ist, Gase mit gleichem Partialdruck zu verwenden, da dann die Zahl der Gase kleiner als im Falle der Verwendung eines Gasgemisches gewählt werden kann, das ein Gas mit höherem Partialdruck als dem der andern enthält. Nehmen wir wieder an, dass der Wert Q = 3 zu erreichen ist, so genügt es, drei Gase mit gleichem Partialdruck, nämlich 1/3 anstatt wie oben sechs Gase zu verwenden ; denn in diesem Fall ist Q = (1/3 + 1/3 + 1/3) : 1/3 = 1 : 1/3 = 3, d. h. also bei Verwendung mehrerer Gase mit gleichemPartialdruck ist die Mindestzahl der Gase durch das bei der grössten TemperaturÅanderung im Betrieb des Gerätes auftretende Verhältnis des Druckes im Isolier- flüssigkeitsraum zum Gasdruck gegeben.
In der Zeichnung ist hiefür ein Ausführungsbeispiel dargestellt. Das durch den unter Verwendung der elastischen Zwischenlage 1 aufgesetzten Deckel 2 dicht geschlossene Gehäuse 3 nimmt irgendein elektrisch hochbeanspruchtes Hochspannungsgerät, z. B. den Messwandler 4, auf. Das Gehäuse 3 ist bis zur Linie 5 mit Isolieröl gefüllt. Darüber ist der Raum 7 vorgesehen, der mit einem Gemisch, z. B. von drei Gasen mit gleichem Partialdruck, gefüllt ist. Die Zahl der Gasarten gleichen Partialdruckes ist hier gleich
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dem bei der grössten Temperaturänderung im Betrieb des Gerätes auftretenden Verhältnis des Druckes in dem mit Isolieröl 6 gefüllten Raum zu dem Gesamtgasdruck.
Als geeignete Gasarten für das zu verwendende Gemisch kommen beispielsweise neben Stickstoff Argon, Neon und Kohlenoxyd in Frage. Werden drei oder mehr Gasarten verwendet, so kommt auch Wasserstoff in Betracht, der bei einer Konzentration von 33 % im Gemisch mit inaktiven Gasen an Luft nicht mehr entzündbar ist.
Man kann auch den Vorschlag gemäss der Erfindung unter Verwendung einer oder mehrerer Gaskomponenten durchführen, deren Löslichkeitsänderung in der Isolierflüssigkeit der bei einer Temperaturände-
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in dem vorstehenden Beispiel verwendeten drei Gasarten zwei Gasarten als Gasmischung zu benutzen. Geeignet hiefür sind z. B. Trifluorchlormethan, Kohlendioxyd bzw. Distickstoffoxyd.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Dicht geschlossenes hochbeanspmchte Hochspannungsgeräte, insbesondere Messwandler, aufnehmendes Gehäuse, das mit Isolierflüssigkeit gefüllt und mit einem Volumenänderungen der Isolierflüssig- keit gestattenden Gaspolster oberhalb der Isolierflüssigkeit versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass für das Polster im Gasraum mehrere Gase (1... n) verwendet werden, wobei die Mindestzahl der Gase da-
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